ANALISA FATIGUE KONTRUKSI MAIN DECK SEBAGAI PENUMPU TOWING HOOK AKIBAT BEBAN TARIK PADA KAPAL TUG BOAT 2 x 800 HP DENGAN METODE ELEMEN HINGGA

Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No.1 Januari 2016 al Te knik Perkapalan - Vol. 190

ANALISA FATIGUE KONTRUKSI MAIN DECK SEBAGAI PENUMPU

TOWING HOOK AKIBAT BEBAN TARIK PADA KAPAL TUG BOAT

2 x 800 HP DENGAN METODE ELEMEN HINGGA

Arif Putra Rizky 1, Imam Pujo Mulyatno 1, Sarjito Joko Sisworo 1

1)

Jurusan S1 Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Email : arrakyayikz@gmail.com

ABSTRAK

Kapal TugBoat adalah sebuah kapal yang fungsinya menarik atau mendorong kapal lainnya. Pada dasarnya TugBoat digunakan untuk melayani kapal-kapal besar yang akan bersandar di pelabuhan ataupun dari bersandar di pelabuhan yang akan berlabuh dan juga melayani kapal-kapal pengangkut hasil tambang. Adanya beban tarik terhadap towing hook mengakibatkan terjadinya distribusi tegangan terjadi pada daerah sekitar towing bolder dan juga konstruksi dibawahnya. Gerakan menarik yang dilakukan kapal Tugboat ini dapat menimbulkan kelelahan dan banyak masalah lainnya. Analisa fatigue digunakan untuk meninjau daerah hotspot stress yang rawan terjadi crack pada suatu material. Hasil analisa fatigue diambil nilai stress terbesar dan diambil nilai siklus terpendek pada setiap variasi pembebanan. Pada penelitian ini menggunakan bantuan soft ware MSC Nastran Patran dan MSC Fatigue yang dipergunakan untuk membantu memperoleh hasil tegangan dan damage dari suatu konstruksi main deck dan penumpu towing hook. Setelah proses running dan perhitungan diperoleh hasil umur konstruksi yaitu, kondisi full loads didapatkan nilai strees sebesar 147 Mpa terletak pada frame nomor 17 serta siklus sebanyak 0,973x108 cycle memiliki umur 19,61 tahun. Kondisi shagging didapat nilai stress sebesar 146 Mpa terletak pada frame nomor 17 serta siklus sebesar 0,973x108 cycle memiliki umur 19,61 tahun. Kondisi Hogging didapat nilai strees sebesar 149 Mpa terletak pada frame nomor 17 serta siklus sebesar 0,973x108 cycle memiliki umur 19,61 tahun.

Kata kunci :Towing hook, fatigue,TugBoat 1. PENDAHULUAN

Transportasi laut merupakan sarana yang sangat penting bagi kelancaran dan kemajuan roda perekonomian bangsa Indonesia Hampir sebagian besar distribusi barang dan personal menggunakan sarana transportasi laut sebagai sarana transportasi utama. Ukuran kapal yang relatif besar tidak jarang menyebabkan kapal sulit untuk memasuki bagian di pelabuhan yang telah disediakan baik untuk proses bongkar muat maupun hanya sekedar bersandar. Oleh karena itu dibutuhan kapal dengan ukuran relatif kecil dan kuat yang mampu berfungsi untuk membantu menarik kapal besar ketika memasuki kawasan pelabuhan.

Adanya beban tarik yang seolah berubah menjadi top pressure terhadap konstruksi main deck dan penumpu towing hook mengakibatkan terjadinya distribusi tegangan. Gerakan menarik yang dilakukan kapal Tugboat ini dapat menimbulkan kelelahan dan banyak masalah lainnya. Maka dari itu dibutuhkan sebuah kapal dengan suatu konstruksi yang mempunyai tingkat tegangan pada batas yang diijinkan yang

diterima oleh konstruksi tersebut. Perencanaan komponen konstruksi kapal harus dapat menjamin suatu struktur tingkat tegangannya tidak pernah lebih, sehingga akan menjaga struktur di bawah daerah elastisitasnya.

Dengan permasalahan yang terdapat pada latar belakang, maka diambil beberapa rumusan masalah sebagai berikut:

1. Dimana titik paling rawan terjadi kelelahan pada konstruksi tersebut?

2. Berapa fatigue life konstruksi pada daerah hot spot stress untuk konstruksi tersebut? 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kapal Tug Boat

TugBoat adalah suatu jenis kapal pemandu yang biasa digunakan untuk menarik dan mendorong kapal besar di pelabuhan, memandu kapal besar pada jalur yang berbahaya, memperbaiki kapal dilaut, melakukan penyelamatan pada air seperti memadamkan api dan salvage. [7]

Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No. 1 Januari 2016 191 TugBoat adalah sebuah kapal yang fungsinya

menarik atau mendorong kapal lainnya. Pada dasarnya TugBoat digunakan untuk melayani kapal-kapal besar yang akan bersandar di pelabuhan ataupun dari bersandar di pelabuhan yang akan berlabuh dan juga melayani kapal-kapal pengangkut hasil tambang. TugBoat memiliki maneuver yang baik sehingga dibutuhkan untuk melayani kapal-kapal tersebut karena kapal-kapal besar maneuvernya terbatas dan gelombang yang dihasilkan dapat mengganggu daerah sekitarnya dan medan yang dilalui TugBoat biasanya cukup menyulitkan seperti sungai kecil yang berliku dan laut dangkal berkarang hingga laut luas antar pulau besar. [3]

2.2 Perhitungan Beban Tunda

Pada perhitungan beban tunda ini di asumsikan dengan beban tongkang (barge) yang ditarik dan didorong oleh tugboat. Diberikan nilai rata–rata, tinggi, dan rendah pada tongkang yang ditarik maupun didorong, dalam dead weight tons (DWT). Batas rata – rata sesungguhnya mewakili pada kapasitas rata – rata dalam kondisi biasa. Batas tertinggi DWT mewakili DWT maximum yang biasanya dapat ditarik dengan BHP dalam kondisi dekat pantai yang wajar (fair inshore conditions).

Rumus beban tunda untuk DWT barge vs BHP •Rumus untuk DWT rendah

Low DWT= (1.32 x BHP) – 255.25 •Rumus untuk DWT rata – rata

Average DWT= (3.43 x BHP)–599.18 •Rumus untuk DWT tinggi

High DWT= (5.57 x BHP) – 943.10 (Sumber : Propeller Handbook Dave Geer). [5] 2.2 Konsep Pembebanan Pada Analisa Global

Analisa fracture mechanics merupakan bentuk analisa lokal dari sebuah struktur. Pembebanan yang bekerja pada analisa ini adalah pembebanan lokal yang diambil dari hasil analisa global suatu suatu struktur secara keseluruhan. Oleh karena itu dibutuhkan pemahaman yang baik mengenai pembebanan secara global bangunan lepas pantai. Pada penelitian ini, pembebanan global untuk beban lingkungan yang ditinjau adalah hanya beban gelombang (dua puncak gelombang pada kedua ujung tanker dan satu puncak gelombang pada mid-ship). [2]

2.3 Tegangan (Stress)

Umumnya, gaya dalam yang bekerja pada luas yang kecil tak berhingga sebuah potongan, akan terdiri dari bermacam - macam besaran dan arah. Penguraian intensitas ini pada luas kecil tak berhingga. Intensitas gaya yang tegak lurus atau normal terhadap irisan disebut tegangan normal (normal stress) pada sebuah titik. Suatu tegangan pada sebuah titik, secara matematis dapat didefinisikan sebagai berikut :

(1)

dimana P adalah suatu gaya yang bekerja tegak lurus terhadap potongan, sedangkan A merupakan luas yang bersangkutan. Selain itu tegangan normal dapat menghasilkan tegangan tarik (tensile stress), tegangan tekan (compressive stress) dan tegangan geser (shearing stress). [6]

2.4 Faktor Keamanan

Faktor keamanan adalah faktor yang menunjukkan tingkat kemampuan suatu bahan teknik dari beban luar, yaitu beban tekan maupun tarik. Gaya yang diperlukan agar terjadi tingkat optimal bahan di dalam menahan beban dari luar sampai akhirnya menjadi pecah disebut dengan beban ultimate (ultimate load). Dengan membagi beban ultimate ini dengan luas penampang, kita akan memperoleh kekuatan ultimate (ultimate strength) atau tegangan ultimate (ultimate stress) dari suatu bahan. Untuk desain bagian-bagian struktur tingkat tegangan disebut tegangan ijin (alloweble stress) dibuat benar-benar lebih rendah daripada kekuatan ultimate yang diperoleh dari pengujian “statis”. Ini penting untuk berbagai pertimbangan. Besar gaya yang dapat bekerja pada bangunan yang dirancang jarang diketahui secara pasti. [4]

Karena tegangan dikalikan luas sama dengan gaya, maka tegangan ijin dari ultimate dapat diubah dalam bentuk gaya atau beban yang diijinkan dan ultimate yang dapat ditahan oleh sebuah batang. Suatu perbandingan (ratio) yang penting dapat ditulis :

ijin Ultimate

FS







(2)

Perbandingan ini disebut faktor keamanan (factor of safety) dan harus lebih besar dari satu.

Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No. 1 Januari 2016 192 2.5 Beban Geladak

Beban geladak cuaca dihitung berdasar perhitungan dari rules BKI 2014 vol II. Sec. 4.B.1.1 :

C

_D

H

T

Z

T

P

Pd













)

10

(

20

0 (4) Dimana :

Pd = Beban Geladak Cuaca

C0 =





25

L

+4,1 (5) (2-53) CL =

90

L

= untuk L < 90 m (6) F = 1,0 faktor kemungkinan, untuk plat kulit dan geladak cuaca

f = 0.5 faktor kemungkinan, untuk frame, web frame,stringer dan grillage CRW = 0,75 untuk lokal

P0 = 2,1 x (Cb + 0,7) x C0 x CL x f x CRW (7)

Z =

3

2

x H (Jarak Vertikal dari pusat beban

ke baseline) (8) CD1= 1,2 –

L

x

(untuk 0 ≤

L

x

< 0,2 pada daerah buritan kapal) (9) 2.6 Definisi Kelelahan Material

Fatigue adalah kerusakan pada struktur karena sebagai tempat konsentrasi tegangan yang terjadi akibat beban siklis dari lingkungan (gelombang, angin arus dan lain-lain) yang bekerja secara terus menerus. Analisis kekuatan fatigue diterapkan pada semua struktur yang secara dominan menerima beban siklis, untuk memastika integritas struktur dan untuk penelian kemungkinan kerusakan akibat fatigue sebagai dasar metode inspeksi yang efesien. Gelombang merupakan sumber penyebab terjadinya fatigue cracking. Akan tetapi, beban siklis lainnya juga berpengaruh pada fatigue failure dan harus diperhitungkan. [2]

2.7 Konsep Mekanika Kepecahan

Mekanika kepecahan merupakan salah satu metode matematis yang digunakan untuk mempelajari semua perilaku material dengan menggunakan analisa struktur. Metode ini dikembangkan sebagai kompensasi ketidakcocokan konsep perencanaan dengan menggunakan konsep konvensional yang hanya didasarkan pada sifat-sifat konvensional seperti kekuatan tarik (tensile strength), batas mulur (yield stress), maupun tegangan mulur

(buckling stress), dimana untuk konsep tersebut diatas hanya cocok untuk struktur yang tidak mempunyai cacat. Sedang pada kenyataannya untuk perencanaan suatu konstruksi dimana plat banyak digunakan sebagai komponen utama dalam perencanaan tersebut dapat dianggap mempunyai cacat.

Gambar. 2 Tegangan Siklik

Gambar. 2 Tegangan Siklik Tegangan amplitudo:

Tegangan amplitudo:

Sa = σa = (σmax - σmin) / 2 (10) Tegangan rata-rata:

Sm = σm = (σmax + σmin) / 2 (11) Rasio tegangan:

R = σmin / σmax (12) Besarnya tegangan rata-rata yang bekerja akan menentukan terhadap besarnya tegangan amplitudo yang diijinkan untuk mencapai suatu umur lelah tertentu. Bila tegangan rata-rata sama dengan 0 atau rasio tegangan sama dengan -1, maka besarnya tegangan amplitudo yang diijinkan adalah nilai batas lelahnya (Se). Dengan demikian jika tegangan rata-ratanya semakin besar maka tegangan amplitudonya harus diturunkan.

2.8 Diagram S-N

Konsep tegangan-siklus (S-N) merupakan pendekatan pertama untuk memahami fenomena kelelahan logam. Konsep ini secara luas dipergunakan dalam aplikasi perancangan material dimana tegangan yang terjadi dalam daerah elastik dan umur lelah cukup panjang. Metoda S-N ini tidak dapat dipakai dalam kondisi sebaliknya (tegangan dalam daerah plastis dan umur lelah relatif pendek), hal ini dapat dilihat pada Gambar 3. Umur lelah yang diperhitungkan dalam metoda S-N ini adalah umur lelah tahap I (inisiasi retak lelah) dan umur lelah II (propagasi retakan). [2]

Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No. 1 Januari 2016 193 Gambar. 3 Kurva S-N beberapa baja yang

diplot dalam rasio Se/Su 2.9 Metode Elemen Hingga

Metode elemen hingga adalah suatu metode numerik yang cocok di gunakan dengan komputer digital, dengan metode ini suatu elastic kontinum dibagi – bagi (discretized) menjadi beberapa substruktur (elemen) yang kemudian dengan menggunakan matriks, defleksi dari tiap titik (node) akan dihubungkan dengan pembebanan, properti material, property geometric dan lain – lain. Metode elemen hingga telah digunakan secara luas untuk menyelesaikan berbagai persoalan mekanika dengan geometri yang komplek. Beberapa hal yang membuat metode ini favorit adalah karena secara komputasi sangat efisien, memberikan solusi yang cukup akurat terhadap permasalahan yang kompleks dan untuk beberapa permasalahan [1]

2.10Permissible Stress Fatigue

Tegangan ijin untuk perhitungan Cummulative Damage Ratio berdasarkan panduan BKI Volume 2 Sec 20 C. B. 2

Δσmax </= Δσp

Δσmax = Apllied strees range peak within

Spectrum

Δσp = fn x ΔσRc (13)

fn = (BKI Volume 2 Sec 20 C. Table 20.2

type E2)

- Correction Factor of fatigue (ΔσRc)

ΔσRc = fm. fr. fw. fi. ft. xΔσR (14)

fm. fr. fw. fi. ft. = (BKI Volume 2 Sec 20 C. B. 3)

ΔσR = (BKI Volume 2 Sec 20 C. Table 20.3.

E2)

2.11 Perkiraan Fatigue

Perhitungan Fatigue dari struktur yang ada pada kapal ini berdasarkan penerapan pada aturan Palmgren - Milner cumulative damage, dimana ketika fatigue damage ratio, DM memiliki nilai lebih dari satu maka dapat dipastikan bahwa struktur tersebut tidak diterima. (appendix of JTP Common Structural Rules, 2006).

Nilai DM didapat melalui persamaan berikut: .i= n tot

DM = ni (15)

Ni

.i=1

n tot = total jumlah tegangan

Ni = jumlah siklus

Umur dapat ditentukan dengan persamaan: Fatigue life= Design life x years (16) DM

Design life = 20 tahun, sesuai aturan DNV DM. = Cumulative fatigue damage 3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Studi Literatur

Mempelajari sistematika perhitungan yang akan dikemukakan di dalam Tugas Akhir dari berbagai referensi baik berupa buku, jurnal, antara lain :

1. Teori Pelat

2. Rules BKI Vol.II 2014 3. Software MSC Patran 4. Software MSC Fatigue 3.2 Studi Lapangan

Pengambilan data kapal baik ukuran maupun gambar rencana umum, penulis melakukan tinjauan langsung ke PT. Daya Radar Utama, Jakarta

3.3 Pengumpulan Data

Salah satu media untuk penelitian adalah pendekatan software, maka prosedur yang harus dilakukan adalah mempersiapkan data-data teknis untuk kemudian dianalisa. Sebagai langkah awal, untuk pemodelan ruang muat pada kapal adalah sebagai berikut:

- Materi Penelitian

Materi penelitian yang dimaksud dalam penelitian ini meliputi data- data primer yang digunakan.

- Data –data penelitian

Data – data primer yang dikumpulkan antara lain:

1. Ukuran utama kapal :

Name = TugBoat 2 x 800HP Type = TugBoat Length Over Al = 23,50 m Length P.P = 21,68 m Bread Moulded = 3,50 m Draught = 2.40 m 2. Tebal material yang di analisa

Dalam pengambilan data metode yang digunakan :

Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No. 1 Januari 2016 194 Metode observasi gambar-gambar teknis yang

bertujuan untuk memperoleh data – data yang bersifat primer.

3.4 Pengolahan Data

Pengolahan data dimulai dengan tahapan sebagi berikut:

- Pembuatan Model

Membuat model dengan memasukkan data-data dimensi sesuai pembagian searah sumbu x, y, z menggunakan program MSC Patran.

- Pembebanan

Hasil model kapal tersebut diberi beban dan gaya-gaya yang mempengaruhi kelelahan material dengan menggunakan software MSC Patran.

- Analisa Kelelahan Material

Setelah diketahui pembebanan dan titik rawannya kemudian di analisa kelelahannya menggunakan MSC fatigue.

3.5 Penyajian Data Hasil Pengolahan Data Semua hasil pengolahan data berupa gambar, grafik, serta perhitungan yang diperoleh hasil dari proses tersebut, kemudian dilakukan pengelompokkan agar mudah dalam penyusunan laporan.

3.6 Analisa Dan Pembahasan

Merupakan bagian akhir untuk mencapai hasil penelitian, yaitu didapatkannya kesimpulan final tugas akhir sesuai dengan tujuan yang telah ditetapkan. Dari semua hasil pengolahan data berupa gambar, grafik, serta perhitungan yang diperoleh dan telah dikelompokkan maka kemudian dilakukan proses analisa kelelahan material.

3.7 Validasi

Validasi adalah tahapan untuk memperoleh gambaran apakah hasil analisa telah sesuai (match) dengan sistem yang diwakilinya (representativeness). Proses validasi ini bisa dijadikan parameter apakah hasil analisa yang sudah kita lakukan mendekati benar atau salah, validasi bisa dengan menggunakan software lain ataupun dengan cara manual.

3.8 Penarikan Kesimpulan

Pada tahap ini diambil kesimpulan, kesimpulan diperoleh dari data yang telah diolah dan dianalisa sesuai dengan tujuan awal yang telah di tetapkan pada penelitian serta saran mengenai pengembangan penelitian lanjutan.

3.9 Flow Chart

Penyusunan penelitian Tugas Akhir ini didasarkan pada sistematika metodologi yang diuraikan berdasarkan urutan diagram alir atau flow chart yang dilakukan mulai penelitian hingga selesainya penelitian.

Gambar. 3 Diagram Flow Chart 4. ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengantar

Pada bab ini penulis akan memaparkan langkah –langkah dalam membuat simulasi dan pemodelan main deck dan penumpu towing hook yang kemudian akan dilakukan analisa pada software MSC Patran berbasis elemen hingga. Pada awal dilakukan pemodelan ini dibuat dengan menggunakan alat bantu software MSC Nastran Patran berbasis metode elemen hingga. Model main deck dan penumpu towing hook yang telah dibuat dalam alat bantu software ini selanjutnya dianalisa pada software MSC Patran Pendefinisian kodisi main deck dan penumpu towing hook akan didefinisikan dalam beberapa keadaan yaitu tanpa muatan pada keadaan air tenang, muatan penuh , kondisi pada saat sagging dan kondisi pada saat hogging.

Analisa untuk melihat kelelahan struktur suatu model , dimana titik paling rawan terjadi kelelahan pada kontruksi main deck dan penumpu towing hook, serta mengetahui nilai fatigue life pada daerah hot spot stress. Analisa beban dinamis dilakukan karena pembebanan

Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No. 1 Januari 2016 195 kontruksi pada main deck dan penumpu towing

hook akibat adanya beban tarik 4.2 Perhitungan Beban

Tabel. 1. hasil perhitungan beban tunda Perhitungan DWT Hasil (Ton)

Low DWT 1856,75

Average DWT 4888,82

High DWT 7968.90

Dan dalam perhitungan tugas akhir ini digunakan beban Dead Weight Tonnage (DWT) sebesar 8006 ton.

Beban pressure yang diinput pada model diasumsikan sebagai berikut :

F = (m x a) (17) Dimana:

F = Gaya (N) m = Massa (ton) a = Percepatan (m/s2) 4.3 Beban Sagging dan Hogging Tabel. 2 Besar Tekanan

Jenis Pembebanan Max Stress Kondisi Full loads 31419,94 kN/m2 Kondisi Shagging 52,58 N/m2 Kondisi Hogging -102,26 N/m2 4.4 Validasi Model

Untuk dapat dikatakan mendekati benar, maka persentase validasi harus di atas 90% agar nilai tersebut dapat dikatakan valid.

Gambar 4. Rumus Mekanika Teknik Untuk Mencari Deformasi

(18)

Gambar 6. Validasi Model Software

Tabel 3. Hasil Validasi

Software Manual Validasi 2,43 x 10-6 2,42 x 10-6 99% 4.5 Analisa Kekuatan dan Kelelahan

Tahap ini dilakukan untuk menghitung nilai strees tertinggi pada material sekaligus untuk mengetahui letak hotspot strees pada saat variasi pembebanan dilakukan.

Dengan dasar rumus:

(19) Dengan satuan sama dengan tekanan (pascal/ mega pascal)

MSC Patran digunakan penulis untuk membantu perhitungan nilai tegangan agar lebih mudah, langkahnya adalah sebagai berikut:

1. Proses Pendefinisian Element Type

Element type pada model dapat didefinisikan sesuai yang diinginkan dengan menentukan jenis element yang akan dipakai dan sesuai dengan modelyang sebenarnya.

2. Penentuan Material Model Dan Material Properties Material model dan Material Properties dapat didefinisikan sesuai yang diinginkan dengan menentukan modulus elastisitas dan poissons ratio dari model yang diinginkan. Untuk jenis material yang digunakan dalam model internal ramp ini adalah baja standar. Dimana kriteria bahan baja tersebut adalah :

o Modulus Elastisity = 2.10 E11 Pa o Shear Modulus = 0,8 E11 Pa o Poisson’s Ratio = 0.30000001 o Density = 7.850 ton/m3

3. Proses Meshing Proses meshing adalah proses dimana model dibuat menjadi kumpulan nodal elemen hingga yang lebih kecil yang saling terhubung. Karena konstruksi kapal bulk carrier sangat kompleks. Meshing ditentukan dengan SIZE Element edge length 0,125, dengan parameter semakin kecil SIZE maka meshing akan semakin detail, semakin besar SIZE maka meshing akan semakin kurang detail. 4. Penentuan Kondisi Batas (Boundary

Condition) Kondisi batas digunakan untuk menentukan bentuk tumpuan dari objek yang dianalisa . Maka ditentukan kondisi batas jepit dengan menggunakan displacement.

Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No. 1 Januari 2016 196

Independent Point on aft end :

Translasional (x, y, z) = < -, 0, 0> Rotational (x, y, z) = <-, -, - >

Independent Point on fore end :

Translasional (x, y, z) = <0, 0, 0> Rotational (x, y, z) = < 0, - , ->

5. Pemberiaan gaya tekan beban per satuan luas hal ini bertujuan untuk memberi beban sesuai pada proses analisa yang diinginkan, pemberian beban sesuai pada yang ada pada lapangan

Gambar 4 Hasil input pressure muatan penuh

Gambar 5 Hasil input pressure kondisi shagging

Gambar 6 Hasil input pressure kondisi hogging 6. General Post processing, Dalam tahap post processing akan dapat diketahui hasil dari running perhitungan software sesuai dengan masing-masing kejadian Variasi pembebanan. Nantinya didapatkan hasil stress tertinggi dan lokasi hotspot stress

Gambar 7 Hasil analisa tegangan (full loads)

Gambar 8 Hasil analisa tegangan shagging

Gambar 9 Hasil analisa tegangan hogging Semua variasi pembebanan dirunning untuk mengetahui tegangan maksimum pada setiap variasi pembebanan. Nilai strees kemudian diruning menggunakan MSC Fatigue untuk mendapatkan nilai siklus

Tabel 4. Rekapitulasi hasil Jenis Pembebanan Stress (Pa) Kondisi Muatan penuh 1,47 x 108 Kondisi Shagging 1,46 x 108 Kondisi Hogging 1,49 x 108 Tahap ini merupakan penyajian dari perhitungan software, berisi informasi jumlah siklus yang terjadi pada model yang dibuat.

Gambar 10 Hasil Analisa MSC Fatigue (full loads)

Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No. 1 Januari 2016 197 Gambar 11 Hasil Analisa MSC Fatigue

shagging

Gambar 12 Hasil Analisa MSC Fatigue hogging

Semua variasi pembebanan dirunning untuk mengetahui siklus terpendek pada setiap variasi pembebanan

Tabel 5 Rekapitulasi hasil siklus Jenis Pembebanan Siklus

Terpendek Kondisi Muatan penuh 0,973 x 108 Kondisi Shagging 0,973 x 108 Kondisi Hogging 0,973 x 108 4.6 Kurva S-N

Konsep tegangan-siklus (S-N) merupakan pendekatan pertama untuk memahami fenomena kelelahan logam. Konsep ini secara luas dipergunakan dalam aplikasi perancangan material dimana teganganyang terjadi dalam daerah elastik dan umur lelah cukup panjang. (tegangan dalam daerah plastis dan umur lelah relatif pendek).

Gambar 13 Diagram S-N Hasil Analisa MSC Fatigue

4.7 Perhitungan Pembebanan Manual Tabel 6. Perhitungan pembebanan manual

Jenis Pembebanan Tegangan Tegangan Amplitudo Rata-rata Kondisi Muatan penuh 73,4 MPa 73,6 MPa Kondisi Shagging 72,8 MPa 73,1 MPa Kondisi Hogging 74,2 MPa 74,7 MPa 4.8 Perhitungan Factor Of Safety

Tabel 7. Perhitungan faktor keamananan menurut kriteria bahan

Jenis Pembebanan Safety Kriteria Factor

Kondisi Muatan penuh 1,60 Pass Kondisi Shagging 1,61 Pass Kondisi Hogging 1,58 Pass 4.9 Perkiraan Umur kapal

Tahap ini merupakan out put dari analisa menggunakan software yang nantinya didapatkan umur kapal dalam tahun. Perkiraan umur material ini menggunakan rumus dasar:

Fatigue life= Design life x years (20) DM

Nilai DM yang didapat pada tiap-tiap variasi pembebanan kemudian dimasukkan kedalam rumus perhitungan umur kapal, sehingga didapatkan umur sebagai berikut: a. Muatan penuh 19,61 tahun b. Shagging 19,61 tahun

c. Hogging 19,61 tahun

PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisa fatigue main deck dan penumpu towing hook Tug Boat 2 x 800 HP dengan tiga kondisi pembebanan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Tegangan terbesar yang terjadi pada konstruksi main deck dan penumpu towing hook Tug Boat 2 x 800 HP dengan kondisi pembebanan 8006 DWT adalah pada saat kondisi Hogging dengan tegangan 1,49x108 Pa atau 149 Mpa di titik node 4390

2. Prediksi Umur kelelahan konstruksi main deck dan penumpu towing hook Tug Boat 2 x 800 HP dengan kondisi pembebanan 8006 DWT pada saat kondisi Hogging adalah 19,61 Tahun

Jurnal Teknik Perkapalan - Vol. 4, No. 1 Januari 2016 198 5.2 Saran

1. Penambahan jumlah finite elemen akan menambah ketelitian perhitungan pada software

2. Penambahan jumlah kondisi sesuai pada lapangan akan menambah keakuratan dari analisa kelelahan pada suatu material

3. Penambahan history siklus kelelahan tiap jam akan lebih memudahkan peneliti dalam menganalisa jika dibanding dengan menggunakan rumus perhitungan perkiraan umur.

6. DAFTAR PUSTAKA

[1]

Alam, M.S. 2005. Finite element

Modeling of Fatigue Crack Growth

in Curved-Welded Joints Using

Interface Elements. University of

Illinois. Illinois

[2] Bastian, Jajang. ST. 2011. Analisa Fatigue Kekuatan Stern Ramp Door akibat Beban Dinamis pada KM. Kirana I dengan Metode Elemen Hingga Diskrit Elemen Segitiga Plane Stress, Teknik Perkapalan, Universitas Diponegoro

[3] Djaya, I., K. 2008. Teknik Konstruksi Kapal Baja. Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional

[4] Dwi Yunanto, Wahyu. ST., 2013.Analisa Kekuatan Konstruksi Car Deck pada Kapal Ropax 5000 GT dengan Metode Elemen Hingga, Teknik Perkapalan, Universitas Diponegoro [5] Geer Dave. 1989. Propeller Handbook

The Complete Reference for choosing, instaling and Understanding Boat Propeller. The McGrew-Hill Companies. USA

[6] Popov, E. P., 1978, Mechanics of Material, 2nd edition, Prentice-Hall, Inc.,

[7] Prakoso, C., Yannes M.P. 2010. Pengembangan Anjungan Kapal Tugboat Penarik Tongkang Batubara berbasis Ergonomi. [ Jurnal Tingkat Sarjana Senirupa dan Desain]. Fakultas Seni Rupa dan Desain, ITB. Bogor. 1:1-7